基于拟力法的MBC非线性控制

在已有MBC理论基础上考虑结构的非线性变形问题,结合拟力法提出一种结构非线性分析新方法。以MBC控制策略为基础,以拟力法为结构非线性求解平台,解决了结构动力分析中计算时间长、求解速度慢、存储空间大等问题,实现了MBC策略在结构非线性控制领域的应用。以一个9层钢框加结构为算例比较了该方法与LQR算法的控制效果,验证了该方法的正确性和有效性。

基于拟力法的消能减震结构地震反应分析

基于拟力法的基本理论,提出消能支撑的计算模型,即把消能支撑提供的控制力简化为等效的节点力施加在框架节点处。与以往的变刚度求解非线性变形问题相比,具有存储空间小、计算速度快和求解信息量大等特点。数值算例表明,建立的计算方法在计算结构动力反应基本要素(位移、速度和加速度等)外,还可以实时获得结构杆件的塑性铰分布特点和塑性变形,与有限元方法计算结果相对比,验证消能减震结构计算模型及计算方法的正确性与有效性。

基于拟力法的框架结构静力弹塑性分析

针对拟力法仅在刚性连接钢框架中应用的现状,根据钢筋混凝土框架以及半刚性连接钢框架的受力特点,并基于拟力法的基本假定与思路,得出了钢筋混凝土结构中塑性铰和半刚性连接钢框架中连接的弯矩-相对转角关系,从而推导并获得了拟力法在框架结构静力弹塑性分析中的通用公式。通过与有限元理论计算结果的比较,表明基于拟力法的框架结构静力弹塑性分析方法在应用于各类框架结构时都有着较高的精度,从而为将基于拟力法的动力弹塑性分析包括地震能量分析拓展到钢筋混凝土框架结构以及半刚性连接钢框架结构中奠定了基础。

基于算法复杂度理论的拟力法计算效率评价

算法复杂度理论是一种算法效率定量评价方法,该方法通过度量算法的复杂度来客观反映其执行效率,避免了计算机系统性能等因素对效率评价的影响。拟力法是一种高效的结构非线性分析方法,以往研究工作只是在非线性分析过程和运行时间上对计算效率进行了探索,并没有从理论上量化分析。本文采用算法复杂度理论对拟力法和传统变刚度非线性求解方法进行分析,给出了两种方法的时间复杂度函数,并对比了其计算效率进行定量,从数学角度解释了拟力法计算效率高的根本原因。算例对两种方法的时间复杂度和计算时间进行对比分析,直观地说明了拟力法在计算效率方面的优越性。

基于拟力法的结构非线性动力分析方法

本文详细介绍了拟力法的研究进展,从基本概念出发给出了弹性位移和塑性位移的定义,并推导了拟力法的控制方程及运动方程;同时,说明了构件局部塑性机制及其塑性变形的意义,并从理论上阐明了拟力法与传统有限元方法相比的优势,即计算效率高、稳定性好。最后,将拟力法应用于某一钢框架结构,结合适用于钢结构的较基本的局部塑性机制,验证了拟力法的实用性及有效性。

基于拟力法的基础隔震结构抗震性能和能量分析

基于拟力法基本理论,建立了隔震结构杆系计算模型,同时考虑隔震支座的剪切变形和弯曲变形的影响,推导了基础隔震结构的运动方程和能量方程,编制程序对隔震结构进行地震下的动力非线性分析和能量分析。通过与SAP2000计算结果的对比,验证了本文方法的有效性和程序的正确性。数值算例结果表明,本文提出的方法与变刚度的时间积分法相比计算效率明显提高;本文方法可以考虑上部结构的非线性,可以得到隔震支座及上部结构各构件的塑性耗能;通过对比基础隔震结构和抗震结构在地震作用下的位移、加速度及耗能情况,证明了隔震结构的隔震效果。本文拓展了拟力法的应用范围,为隔震结构的动力非线性分析及能量分析提供了一种新思路。

基于拟力法的桥梁结构地震响应分析

基于拟力法的基本理论,结合桥梁结构非线性变形特点,提出了桥梁结构非线性分析的一种新方法。计算推导中,考虑了混凝土开裂引起的刚度变化不利影响。与以往变刚度有限元法相比,所提方法具有耗时少,所需存储空间小,效率高,稳定性好等特点。数值算例结果表明,拟力法与有限元法的地震动力响应结果吻合较好,且能确定构件中塑性铰分布及任意位置塑性转角的发展历程,证实了拟力法在连续桥梁结构应用中的准确性和有效性。

浅谈基于拟力法的Benchmark模型消能减震结构非线性设计

本文介绍了当前国际结构振动控制的公共平台Benchmark模型,并对拟力法的基本原理进行了简要介绍,基于拟力法来进行消能减震结构非线性设计方便可行,具有一定的优越性。

基于拟力法的负刚度非线性分析

拟力法是一种高效的结构非线性分析方法,当结构进入非线性状态时,拟力法仅需对一个代表局部塑性且规模较小的矩阵进行迭代运算,从而避免了传统方法对规模较大的整体刚度矩阵的分解运算。拟力法在处理负刚度问题时,结构的非线性特征由局部塑性矩阵集中体现。研究了负刚度条件下拟力法中局部塑性矩阵的正负定特性及条件数与最小特征值等数值特征,得到了第二刚度系数对矩阵数值特征的影响规律,并与传统方法中整体刚度矩阵的相应特征进行了对比分析。结果表明,结构进入负刚度状态时,拟力法中局部塑性矩阵将表现为非正定性,且相比于整体刚度矩阵,数值模拟表明其具有条件数少、数值精度高的特征。最后通过数值算例验证了拟力法在计算负刚度问题的优势与计算能力。

基于拟力法的增量动力分析方法

增量动力分析(IDA)方法是一种评价结构抗震性能的有效方法,但该方法需对结构进行大量的非线性动力时程分析,计算工作量大,耗时长,特别是在计算大型复杂结构时,此类问题尤为突出。提出一种基于拟力法(FAM)的增量动力分析方法,该方法通过引入附加虚拟荷载项,使得IDA运动方程在进行非线性求解时整体刚度矩阵始终保持不变,在多次调幅地震动激励下,通过存储和调用特定刚度矩阵,实现IDA分析全过程整体刚度矩阵的重复利用,进而提高计算效率。采用时间复杂度评价方法,定量对比了该方法与传统IDA方法的计算效率,并通过对8层钢筋混凝土框架结构分别进行IDA分析,比较了两种方法的计算结果以及时间复杂度,验证了该方法的准确性和高效性。

基于拟力法的框架结构静力推覆分析

传统静力推覆分析方法求解结构非线性变形需对结构整体刚度矩阵进行实时地合成与分解,该过程将占用大量计算资源.基于拟力法的纤维梁有限元分析方法进行静力推覆分析,在迭代求解结构非线性变形时,首先对弹性刚度矩阵进行分解,计算出侧向荷载作用下的弹性位移;然后通过反复调用弹性刚度矩阵的分解结果与弹性位移,减少回代计算量;最后采用算法时间复杂度理论定量对比了该方法与传统方法的计算效率,通过一榀八层钢筋混凝土框架结构数值算例,分析比较了两种方法的计算结果与算法时间复杂度.结果表明:两种方法顶点位移-基底剪力曲线基本吻合,层间位移角与楼层之间的关系曲线也基本一致,两者的最大误差出现在第3层,为3.72%,与传统方法相比,基于拟力法的静力推覆分析方法算法时间复杂度降低了80%,计算效率至少是传统方法的5倍.

拟力法在结构地震响应中的应用综述

近年来,国内外学者对拟力法理论的研究逐步深入,据此综述了拟力法理论的研究现状和未来发展前景。通过介绍拟力法基本理论,指出不同于有限元法的特点;根据拟力法应用现状,分析拟力法在建筑结构、结构振动控制等方面的应用,进而分析各国学者在研究中已取得的成果和结论,同时指出研究工作中存在的尚待进一步完善的问题,如混凝土开裂影响、轴向变形影响等。在总结分析的基础上,得知拟力法能够较准确地分析非线性结构动力响应,具有求解速度快、所需存储空间小、稳定性好等特点,并简要提出拟力法理论未来研究的新方向。

对拟力法理论中塑性弯矩和动力方程的分析与讨论

探讨了拟力法理论中塑性弯矩表达式的理论意义,引入塑性刚度对公式进行修正,得到修正后的拟力法基本公式.最后,以数值分析算例比较了改进前后两种方法的计算结果.结果表明,修正的拟力法计算结果偏于安全,不仅保留了拟力法计算效率高的优点,公式物理意义更易被理解.

基于拟力法的剪力墙结构力学模型研究初探

剪力墙局部变形机制与整体变形之间的关系是建立基于拟力法的剪力墙结构理论模型的关键环节之一。拟力法以位移变化替代以往通过刚度变化求解非线性的思想,减少了刚度的存储空间,提高了求解效率和稳定性,为结构的非线性动力反应分析提供了理想的途径。首先简要介绍了拟力法的基本理论,论述了建立基于拟力法的剪力墙结构力学模型的核心思想;其次,系统总结了剪力墙分析的两大类方法、剪力墙的破坏形态、破坏机理及其骨架曲线确定方法的研究现状;最后,对基于拟力法的剪力墙结构力学模型的研究提出了建议及展望,这是对剪力墙分析的新的探索,也是对拟力法理论体系的补充和完善。

基于IRS方法改进拟力法的理论研究

提出了采用IRS方法进行结构刚度和质量矩阵的缩聚,推导了基于IRS方法的拟力法理论公式和结构非线性分析状态空间方程。采用静力缩聚、IRS方法改进的拟力法和ANSYS有限元方法计算对一个6层钢框架结构分别进行地震作用下的结构非线性时程分析,并对计算结果进行了对比,为拟力法理论的完善和发展提供了新的思路。

基于拟力法的钢框架易损性分析

采用拟力法最大的优点在于求解结构动力非线性问题的时效性。基于拟力法的基本假定，框架结构刚度保持不变且塑性变形仅发生在构件端部，用弯曲塑性铰描述塑性变形，相比有限元方法，具有存储空间小、计算速度快和计算精度高等优势。本文将拟力法应用到钢框架的抗震性能评估中，以结构最大层间位移角为参考指标定义结构4种破坏状态，依据选拔原则选取16条地震波，采用IDA方法对-6层钢框架结构进行易损性分析，绘制其易损性曲线。对比有限元方法计算分析，拟力法在计算耗时上显示出巨大的优势，适用于框架结构地震灾害风险分析与灾后快速评估。

基于拟力法的纤维梁有限元非线性分析方法

以拟力法中的弹塑性分解思路和纤维梁理论为基础,将梁单元的截面变形分解为弹性变形和塑性变形,并引入塑性自由度,在材料层面建立了基于拟力法的纤维梁有限元非线性分析方法。该方法可以保持结构整体刚度矩阵不变,其非线性状态通过局部塑性矩阵加以体现,在迭代计算时避免了结构整体刚度矩阵的实时更新与分解,且塑性矩阵相比于结构整体刚度矩阵规模小,提高了计算效率。通过数值算例,将文中方法与采用有限元软件ABAQUS的分析结果进行对比,两者吻合较好,证明了该方法的有效性。

多自由度体系非线性振动控制装置失效的拟力法-多市场机制研究

随着结构自由度的增多,控制信息量大幅度增加,控制系统的失效概率将增大。集中式控制策略存在明显的不足,分散控制已成为研究的热点。基于市场机制控制(market-based control,MBC)理论作为一种典型的基于非经典信息的控制方法,只需离散层的信息,属于分布式控制。拟力法(force analogy method,FAM)作为一种弹塑性结构动力分析方法,具有计算速度快,存储空间小等优点。将拟力法与多市场机制控制(multi-MBC,MMBC)策略相结合,可以高效地求解结构非线性控制问题。基于拟力法基本理论,构造了对数供需函数模型,提出了非线性MMBC分散控制器的设计方法。数值分析表明,设计的非线性MBC分散控制器可以取得很好的控制效果,在控制装置失效时,非线性MBC控制策略具有较强的自适应性;并且可以通过价格机制实时对结构进行最优控制,具有较强的鲁棒性。

基于拟力法的钢支撑非线性滞回行为模拟

钢支撑在轴力作用下会同时发生材料非线性和几何非线性,复杂的力与变形关系是数值模拟过程中的重点与难点。该文基于拟力法的基本理论,提出了支撑非线性滞回行为的计算模型,通过塑性转动铰来模拟由屈曲行为引起的塑性弯曲变形;通过滑动铰来模拟由拉伸屈服和增长效应产生的轴向塑性伸长行为,模型中计及了弹性弯曲变形本身的几何非线性行为。该模型物理意义简单、力学行为明确,在模拟支撑非线性滞回行为的过程中保持初始刚度不变,塑性铰的变形可直观地衡量支撑的屈曲程度。数值模拟与试验结果对比验证了该方法的精确性与适用性。将该模型应用于某钢框架-支撑结构地震反应分析中,计算结果表明:该方法可以模拟支撑在复杂荷载作用下的非线性行为,具备拟力法所特有的精确、高效及稳定等优点。

车桥耦合振动分析中基于虚拟力的车辆建模方法

提出车桥耦合振动分析中车辆建模的一种新方法:采用拟力法,在解除悬挂系统约束的同时将悬挂系统内力作为虚拟激振力施加于原悬挂约束作用点处,使得运动方程左端项对应的特征值问题仅与质量矩阵有关而与刚度矩阵无关,从而能够直接由车辆几何信息和质量信息得到解析表达的刚体模态。在车辆自由度数目较大、车辆种类较多或者需要频繁更改车辆参数的情况下,该方法能够明显节省建模时间和计算量,具有较高的通用性、灵活性和计算效率。某列车与桥梁的多工况耦合振动分析,验证了该方法的正确性。